KR200177419Y1 - 초음파와 고주파 펄스 결합 고밀도 플라즈마 폐수처리장치 - Google Patents

초음파와 고주파 펄스 결합 고밀도 플라즈마 폐수처리장치 Download PDF

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Abstract

본 고안은 초음파와 펄스파 결합 고밀도 플라즈마 폐수처리장치에 관한 것으로, 상세하게는 쓰레기 매립장 침출수, 염색폐수ㆍ피혁폐수ㆍ석유화학폐수ㆍ제지폐수와 같은 산업폐수와 축산폐수 및 생활폐수와 같은 각종 폐수 중으로 라디칼과 전자를 포함하는 음이온이나 오존을 폐수 속으로 버브링시키면서 20,000Hz~40,000Hz의 초음파와 1㎑~100㎒의 고주파 사각 펄스파(square pulse wave)를 동시에 이용하면 초음파에 의하여 준 분자수준으로 마이크로 믹싱(micro mixing) 되어 폐수 중에 용해하여 수화되어 있는 유기물이나 중금속 착이온(complexion)들과 라디컬, 전자, 음이온들은 수화된 물 층(hydration seath)을 벗어나게 되고, 펄스파가 수화층을 파괴하여 수중에서 유사기상반응(gas like reaction)을 일으켜 이온이나 극성 유기분자들이 수화층을 벗어나게 함으로써 마치 공기 중에서 휘발성 유기물(VOC)이 음이온에 의하여 순식간에 산화 분해되는 것과 같이 물 속에서 유기물이나 착이온, 음이온 및 전자들을 더욱 높은 에너지 상태로 활성화되어 오염물질들이 신속히 산화 분해되어 COD, BOD, SS의 제거는 물론 탈질, 탈인, 탈색 및 탈취에 특별한 효과를 나타내게 되므로 폐수의 고도정화 처리에 가장 적합하고 경제적인 폐수처리장치에 관한 것이다.

Description

초음파와 고주파 펄스 결합 고밀도 플라즈마 폐수처리장치{High Density Plasma Device Coupled with Ultrasonic Wave and High Frequency Pulse for Waste Water Treatment}
본 고안은 초음파와 펄스파 결합 고밀도 플라즈마 폐수처리장치에 관한 것으로, 상세하게는 쓰레기 매립장 침출수, 염색폐수ㆍ피혁폐수ㆍ석유화학폐수ㆍ제지폐수와 같은 산업폐수와 축산폐수 및 생활폐수와 같은 각종 폐수 중으로 라디칼과 전자를 포함하는 음이온이나 오존을 폐수 속으로 버브링시키면서 20,000Hz~40,000Hz의 초음파와 1㎑~100㎒의 고주파 사각 펄스파(square pulse wave)를 동시에 이용하면 초음파에 의하여 준 분자 수준으로 마이크로 믹싱(micro mixing) 되어 폐수 중에 용해하여 수화되어 있는 유기물이나 중금속 착이온(complexion)들과 라디컬, 전자, 음이온들은 수화된 물 층(hydration seath)을 벗어나게 되고, 고주파 펄스가 수화층을 파괴하여 수중에서 유사기상반응(gas like reaction)을 일으켜 이온이나 극성 유기분자들이 수화층을 벗어나게 함으로써 마치 공기 중에서 휘발성 유기물 (VOC)이 음이온에 의하여 순식간에 산화 분해되는 것과 같이 물 속에서 유기물이나 착이온, 음이온 및 전자들을 더욱 높은 에너지 상태로 활성화되어 오염물질들이 신속히 산화 분해되어 COD, BOD, SS의 제거는 물론 탈질, 탈인, 탈색 및 탈취에 특별한 효과를 나타내게 되므로 폐수 고도 정화처리에 가장 적합하고 경제적인 폐수처리장치를 제공하도록 한 것이다.
각종 오염물질이 함유된 폐수는 색도가 높아서 강물이나 지하수 및 바닷물과 같은 수질을 오염시키고 또한 수중으로 유입되는 빛과 산소 등을 차단시켜 수중생물과 미생물에게 엄청난 피해를 끼치고 있으며 수자원의 오염으로 용수 생산에도 큰 장애요소로 되고 있다.
또한, 인구의 증가와 산업의 발달에 따라 산업폐수의 발생량 또한 급증추세에 있으며 이들로 인한 환경공해 및 생태계 파괴가 큰 사회문제로 대두됨에 따라 방류폐수의 법적 환경기준치를 마련하여 엄격히 규제하고 있으며, 그 처리수단과 방법에 대해서는 많은 고심과 더불어 꾸준한 연구를 수행하고 있는 실정이다.
종래에도 화공약품으로 오염성분을 응집시키는 방법, 미생물에 의한 처리방법 등 여러 방식의 폐수정화장치가 안출된 바 있으나, 폐수 중의 계면활성성분과 같은 난 분해성 오염성분의 분해나 물질변화 및 집체에 의한 정화 및 제거가 현실적으로 어려워 정화효율이 매우 낮고 처리비용이 상승되는 문제점이 있었다.
또한, 1급수나 2급수와 같이 COD가 비교적 낮은 상수도 원수를 오존으로 고도 정화처리하는 것은 가능하나 쓰레기 매립장의 침출수, 고농도 축산폐수와 염색폐수, 석유화학폐수, 제지폐수, 제당폐수와 같은 고농도 산업폐수를 오존으로 정화 처리하는 것은 거의 불가능하다.
따라서, 본 고안은 쓰레기 매립장 침출수, 염색폐수ㆍ피혁폐수ㆍ석유화학폐수ㆍ제지폐수와 같은 산업폐수와 축산폐수 및 생활폐수와 같은 각종 폐수 중으로 라디칼과 전자를 포함하는 음이온이나 오존을 폐수 속으로 버브링시키면서 20,000Hz~40,000Hz의 초음파와 1㎑~100㎒의 고주파 펄스파(High Frequency square pulse wave)를 동시에 이용하면 초음파에 의하여 준 분자 수준으로 마이크로 믹싱(micro mixing) 되어 폐수 중에 용해하여 수화되어 있는 유기물이나 중금속 착이온(complex ion)들과 라디컬, 전자, 음이온들은 수화된 물 층(hydration seath)을 벗어나게 되고, 고주파 펄스가 수화층을 파괴하여 수중에서 유사기상반응(gas like reaction)을 일으켜 이온이나 극성 유기분자들이 수화층을 벗어나게 함으로써 마치 공기 중에서 휘발성 유기물(VOC)이 음이온에 의하여 순식간에 산화 분해되는 것과 같이 물 속에서 유기물이나 착이온, 음이온 및 전자들을 더욱 높은 에너지 상태로 활성화되어 오염물질들이 신속히 산화 분해되어 COD, BOD, SS의 제거는 물론 탈질, 탈인, 탈색 및 탈취에 특별한 효과를 나타내는 폐수고도 정화처리에 가장 적합하고 경제적인 폐수처리장치를 제공함에 목적이 있다.
일반적으로 공기 중에서 고전압 저 전류에 의한 직류방전으로 생성되는 플라즈마는 이온, 라디컬, 전자로 구성되어 있다. 이 경우 코로나 방전에서는 산소 음이온(O2 -), 오존 음이온(O3 -), 하드록사이드 라디컬(OHㆍ) 과 같은 음이온, 라디컬과 전자가 주로 발생하므로 플라즈마 발생장치는 음이온 발생장치라고 부른다. 그러나 스파크 방전에서는 오존(O3)이 주로 발생하므로 플라즈마 발생장치를 오존 발생장치라 부른다.
한편, 본 고안자가 기 발명한 특허 제10-0188232호에서 제시한 바와 같이 산업폐수를 전해(전기분해)처리하면서 공기, 산소 또는 오존이나 이들의 혼합가스를 버블링(bubbling)시키면 산업폐수의 색도, 화학적 산소 요구량(COD), 생물학적 산소 요구량(BOD) 그리고 분산된 고체(SS)입자 등을 크게 저하시켜 산업폐수가 정화 처리되며, 염소 화합물이나 이들의 혼합물을 산업폐수에 넣고 음이온 및 오존이나 이들의 혼합가스를 버블링시키면 염소이온(Cl－ )의 산화로 인하여 차아 염소산이온( ClO1 －), 아 염소산 이온(ClO2 －), 염소산 이온(ClO3 －) 및 과 염소산 이온(ClO4 －)이 발생되므로 산업폐수내의 산소 용해도가 크게 증가된다.
또한, 이와 같은 염소산 이온들을 포함한 산업폐수에 저전압(1V∼100V)의 직류나 고주파 교류펄스를 인가하여 전기분해하면 이들 염소산 이온들로부터 높은 에너지를 가진 산소이온(O2 －)들이 분리되어 나와서 전술한 특허 제10-0188232호 보다 더욱 높은 효율로 염료분자나 안료분자의 발색단이나 조색단을 공격하여 이들 분자들을 산화 분해함으로써 산업용 폐수의 색도, COD, BOD 및 SS 등을 크게 저하시켜 정화 처리하게 된다.
일반적으로 1급수나 2급수와 같이 COD가 비교적 낮은 상수도 원수를 오존으로 고도정화 처리하는 것은 가능하나 쓰레기 매립장 침출수, 고농도 축산폐수와 염색폐수, 석유화학폐수, 제지폐수, 제당폐수와 같은 고농도 산업폐수를 오존으로 정화 처리하는 것은 거의 불가능하다.
그러나, 라디칼과 전자를 포함하는 본 고안자가 출원한 특허출원 제10-1999-0036738호(1999. 8. 31)의 고밀도 플라즈마 발생장치를 사용하여 생성시킨 음이온이나 오존을 폐수 속으로 버브링시키면서 20,000Hz~40,000Hz의 초음파와 1㎑~100㎒의 고주파 펄스(high frequency square pulse wave)를 동시에 이용하면 초음파에 의하여 준 분자수준으로 마이크로 믹싱(micro mixing) 되어 폐수 중에 용해하여 수화되어 있는 유기물이나 중금속 착이온(complex ion)들과 라디컬, 전자, 음이온들은 수화된 물 층(hydration seath)을 벗어나게 되고, 펄스 전파에 의하여 이온이나 극성 유기분자들이 수화층을 벗어나게 된다.
따라서, 마치 공기 중에서 휘발성 유기물(VOC)이 음이온에 의하여 순식간에 산화분해되는 것과 같이 물 속에서 유기물이나 착이온 들이 신속히 산화 분해된다. 이와 같은 사실은 높은 진동수를 가진 초음파와 펄스전파가 앞에서 언급한 바와 같은 수화층을 파괴하므로 인하여 수중에서 유사기상반응(gas like reaction)을 일으키게 하고 동시에 물 속의 유기물, 착이온, 음이온 및 전자들을 더욱 높은 에너지 상태로 활성화시키기 때문에 가능하게 된다.
이와 같은 폐수처리는 COD, BOD, SS의 제거는 물론 탈질, 탈인, 탈색 및 탈취에 특별한 효과를 나타내게 되므로 폐수고도 정화처리에 가장 적합하고 경제적인 방법이다.
도 1 : 본 고안의 단면 구성도.
도 2 : 본 고안 다른 실시 예의 평면도.
도 3 : 본 고안의 반응기 부분 단면도.
도 4 : 본 고안 고주파 펄스 인가전극의 고정부분 단면도.
도 5 : 본 고안 고밀도 플라즈마 발생장치 부분 단면도.
도 6 : 본 고안 고밀도 플라즈마 발생장치의 전극 부분 단면도.
도 7 : 본 고안 고밀도 플라즈마 발생장치의 음극관 부분 사시도.
도 8 : 본 고안 고밀도 플라즈마 발생장치의 전극 다른 실시 예 사시도.
도 9 : 본 고안 고밀도 플라즈마 발생장치의 2중 구조 단면도.
도 10 : 본 고안 고밀도 플라즈마 발생장치의 다른 실시 예의 단면도.
도 11 : 본 고안 도 1의 다른 실시 예 단면도.
도 12 : 본 고안 예비 분해조의 사시도.
도 13 : 본 고안 도 12에서 슬러지 제거용 스크레이퍼의 단면도.
도 14 : 본 고안 연속형 고밀도 플라즈마 폐수 처리장치의 밀집 구성도.
도 15 : 본 고안 도 14의 단면 구성도.
도 16 : 본 고안 고밀도 플라즈마 발생장치의 다른 실시 예의 단면도.
도 17 : 본 고안 수위 조절장치의 단면 구성도.
도 18 : 본 고안 폐수 처리장치의 흐름도.
도 19 : 본 고안 폐수 처리장치의 다른 실시 예 흐름도.
＜ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
(2)(2a)--분해조 (3)(3a)--삼발이
(4)--폐수 (6)--반응기
(8)--급수관 (10)--출수관
(12)(94)--케이스 (14)--반응실
(16)--유입관 (18)(208)--배출관
(20)--필터 (22)--펌프
(24)(220)--출구 (26)--보조 반응실
(28)(128)--초음파 진동자 (30)--보호 케이스
(32)(178)(180)--초음파 밴드 (34)--고밀도 플라즈마 발생장치
(36)--급기관 (38)--급기팬
(40)--체크밸브 (42)--집진필터
(44)--걸림부 (46)(64)(76)--통기공
(48)--하우징 (50)(52)(54)(56)--세라믹 절연링
(58)--예비 분해조 (60)--덮개링
(62)--음극판 (66)--양극판
(68)(70)--급전선 (72)--음극관
(74)양극봉 (78)(84)--방전칩
(80)(80a)(86)--방전홀 (82)--방전홀의 방전부분
(88)--제습장치 (90)--전열히터
(92)--온도스위치 (96)--격리조
(98)(100)(206)--드레인 밸브 (102)(182)--고주파 펄스전원
(104)(106)(188)(190)(192)(194)--고주파 펄스 인가전극
(110)(124)(240)--너트 (112)(118)--오링
(114)--플렌지부 (116)--절연너트
(120)--나사봉 (122)--급전와셔
(126)--스크레이퍼 (130)--버브링 장치
(132)(134)(136)(138)--체인기어 (140)(142)--축봉
(144)--축 베어링 (146)(148)--체인
(150)--감속모터 (152)--연결봉
(154)(156)--체인 어태치먼트 (156)--상수면
(160)-- 슬러지 (162)-- 슬러지 저장조
(164)--분사공 (166)--관체
(168)--연결관체 (170)(198)--급기팬
(172)--오존발생장치 (174)--연속형 고밀도 플라즈마 폐수 처리장치
(176)--배기구 (196)--응집제 자동 투입기
(200)--버블링 장치 (202)--응집조
(204)--산/알칼리 투입조 (210)--pH 저장조
(212)(214)(216)(218)--절곡형 배수관 (220)--수위조절장치
(224)--드레인관 (226)--집수관체
(228)--오링 (230)--수위 조절관
(232)--지지봉 (234)--핸들
(236)--나사봉 (238)--연결봉
(HV)--고전압부 (P)--플라즈마
이하, 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다.
본 고안은 폐수가 담수되는 분해조(2)와, 분해조(2)의 폐수(4)를 순환시키면서 정화처리하는 반응기(6)로 구성되며, 상기 반응기(6)는 폐수(4)를 정화처리하는 주 반응실 및 보조 반응실과, 폐수(4)를 분해조(2)와 반응실로 순환시키는 순환장치와, 폐수(4)를 초음파로 진동시키는 초음파 진동장치와, 음이온 및 오존을 폐수 (4) 중으로 용존시켜 정화처리하는 음이온 및 오존 발생장치와, 고주파 펄스파 장치로 구성된다.
도 1은 본 고안의 단면 구성도로, 폐수(4)가 담수되는 분해조(2)는 처리용량에 따라 적당한 크기의 콘크리트 구조물 또는 철 구조물로 구성되며, 분해조(2)의 양측으로 밸브를 갖는 급수관(8)과 출수관(10)이 각각 설치되어 처리대상 폐수의 공급과 처리된 폐수의 배출을 수행하게 된다.
반응기(6)는 도 1과 같이 한 쌍의 삼발이(3)(3a)를 이용하여 분해조(2)에 반 잠수식으로 설치하거나 도 2와 같이 분해조(2)의 바깥 측에 설치하도록 하고, 원통형상이나 다각형상으로 구성되는 반응기(6)의 케이스(12)는 내식성과 내화학성을 갖는 금속재질로 형성하여 내구성을 갖도록 한다.
상기에서 삼발이(3)(3a)를 이용하여 반응기(6)를 반 잠수식으로 설치하는 경우 급수관(8)의 말단부와 출수관(10)의 말단부는 분해조(2)의 바닥으로부터 10㎝ 가량 이격시켜 기계적인 충격을 방지하도록 하고, 반응기(6)의 무게중심을 낮추거나 체결수단을 이용하여 삼발이(3)(3a)에 고정함으로써 반응기(6)의 회전이나 유동을 방지하도록 한다.
또한, 도 2와 같이 반응기(6)를 분해조(2)의 바깥에 설치하는 경우 분해조 (2)의 상부에 이동식 스크레이퍼(126)를 설치하여 슬러지를 제거하도록 한다.
반응기(6)의 반응실(14) 양측에는 처리대상 폐수(4)가 유입되는 유입관(16)과 정화처리 된 폐수(4)가 배출되는 배출관(18)을 분해조(2)에 잠기거나 연결되도록 설치하고, 반응기(6)와 반응실(12)의 양측은 유입관(16)과 유출관(18)으로 향할수록 점차적으로 좁아지도록 형성하여 반응실(14) 내에서 폐수 정화반응이 충분히 일어날 수 있도록 한다.
상기 유입관(16)과 유출관(18)은 금속튜브 보다는 나이론과 같은 합성수지로 형성하여 음이온이나 오존의 파괴 및 수명단축을 방지하도록 하고, 유입관(16)에는 에어스톤 필터(20)와 펌프(22)를 설치하여 분해조(2)의 폐수(4)가 여과된 다음 펌프(22)에 의해 반응실(14)로 유입되어 반복 정화 처리되도록 한다.
정화 처리된 폐수(4)는 분해조(2)로 배출되고 다시 반응실(14)로 유입되는 과정을 반복하면서 순환 처리되도록 하고, 반응실(12)의 입구 부분에는 복수 개의 경사판(22)을 고정시켜 유입되는 폐수(4)가 소용돌이형으로 와류(준 폭기상태)되게 함으로써 효과적인 정화반응이 이루어지도록 한다.
점차적으로 좁아지는 반응기(6)의 출구(24)와 출수관(16) 사이에는 반응실 (12)보다 작은 크기의 보조 반응실(26)을 형성하여 고밀도의 음이온이 잠시나마 체류되게 함으로써 반응실(14)에서 정화 처리된 폐수(4)가 보조 반응실(26)로 이동하여 또 한 번의 반응에 의해 충분히 정화될 수 있도록 한다.
상기에서 출구(24) 부분의 크기가 보조 반응실(26)에 비하여 협소하므로 반응실(14)로부터 유입되는 폐수(4)가 와류되어 폭기되며, 반응기(6)의 케이스(12) 단면형상은 초음파의 손실없이 고정할 수 있으면 원통형이더라도 상관없으나 원통형에 가까운 다각형 예컨데 도 3과 같이 초음파 진동자(28)를 밀착시켜 고정할 수 있도록 12각형 전ㆍ후의 다각형 구조로 형성함이 바람직하다.
상기 다각형 케이스(12)의 외면마다 도시안된 초음파(Ultrasonic Wave) 발생장치에 의해 20,000Hz~40,000Hz의 초음파가 발생되는 복수 개의 초음파 진동자 (28)를 고정한 다음 보호케이스(30)를 덮어씌워 초음파 밴드(32)를 구성하도록 하고, 초음파 밴드(32)는 반응기(6)의 길이나 크기를 감안하여 2개 또는 그 이상의 복수 개로 설치하도록 한다.
상기에서 초음파 진동자(24)는 다각형 케이스(12) 구조에 의해 도 3과 같이 반응실(14)의 중심점(O)을 향하여 초음파가 집중되므로 중앙으로 갈수록 밀도가 높아지고 진동효과가 증폭되며, 20,000Hz~40,000Hz의 초음파에 의해 폐수(4)가 극렬하게 진동하면서 준 분자상태로 분리된다.
따라서, 폐수(4) 중에 용해 및 수화되어 있는 유기물이나 중금속 착이온 (complexion)들과 라디컬ㆍ전자ㆍ음이온들은 수화된 물층(hydration seath)을 벗어나 마치 공기 중에서 휘발성 유기물(VOC)이 음이온에 의하여 순식간에 산화 분해되는 것과 같이 폐수(4) 중의 유기물이나 착이온들이 신속히 산화ㆍ분해되므로 폐수(4)가 신속하고 깨끗이 정화된다.
또한, 반응실(14)의 내부에는 도 1과 같이 고주파 펄스전원(102)이 공급되는 한 쌍 이상의 고주파 펄스 인가전극(104)(106)을 설치하여 폐수(4)를 전해 처리할 수 있도록 한다.
상기에서 고주파 펄스 인가전극(104)(106)은 내화학성을 갖는 탄소나 스텐레스 재질로 구성하여 폐수에 견딜 수 있도록 하고, 형상은 봉체로 구성할 수 있으나 표면적이 넓은 평면형상으로 구성하여 전해효율을 향상시키도록 한다.
이때, 고주파 펄스전원(102)에 의해 고주파 펄스 인가전극(104)(106)으로 달라붙는 폐수 중의 슬러지가 쉽게 제거되며 초음파와 고주파 펄스 인가전극(104) (106)으로 슬러지가 달라붙는 현상이 억제된다.
도 4는 케이스(12)에 고정되는 상기 고주파 펄스 인가전극(104)(106)을 절연 유지하면서 고정할 수 있는 구조를 도시한 도면이다.
즉, 케이스(12)에 통공을 형성한 다음 그 외면에 너트(110)를 접촉시켜 수밀유지되게 용접하고, 상기 너트(110)에 오링(112)이 끼워지고 플렌지부(114)가 형성된 베이클 라이트와 같은 재질의 절연너트(116)를 체결시켜 너트(110)와 절연너트 (116) 사이에 수밀이 유지되도록 하고, 절연너트(116)의 내부 통공에 고주파 펄스 인가전극(104)(106)이 체결되고 외면에 오링(118)이 결합된 나사봉(120)을 끼우고, 바깥으로 돌출된 나사봉(120)의 외면에 급전와셔(122)를 끼운 다음 너트(124)로 체결시켜 고주파 펄스 인가전극(104)(106)의 수밀이 유지되게 고정한 것이다.
상기에서 케이스(12)와 고주파 펄스 인가전극(104)(106) 사이에는 절연거리를 유지하여 불요성 방전을 방지하도록 하고, 오링(112)(118)이 직접적으로 접촉하는 너트(110), 플렌지부(114), 고주파 펄스 인가전극(104)(106), 절연너트(116) 부분에는 오링(112)(118)의 일부가 들어갈 수 있는 안착홈을 각각 형성하여 너트 (124)로 죄임할 때 오링(112)(114)의 어긋남이나 위치이탈 등을 방지하도록 한다.
한편, 반응기(6)의 케이스(12) 상부에는 고밀도 플라즈마 발생장치(34)를 설치하여 고밀도(대량)의 음이온과 소량의 오존이 폐수(4) 중으로 용존되게 함으로써 초음파 진동에 의해 수화된 물층을 벗어난 폐수(4)가 효과적으로 신속히 정화처리되도록 한다.
상기 고밀도 플라즈마 발생장치(34)의 입구 부분에는 도 1과 같이 급기관 (36)을 설치하고, 급기관(36)에는 공기를 2 ~ 5기압으로 불어 넣어면서 급기량을 조정할 수 있는 급기팬(부로아 팬: 38)과, 공기의 역류를 방지하는 체크밸브(40)와, 불순물의 유입을 방지하는 전기 집진 또는 바이오 집진필터(42)를 설치하여 여과된 공기가 역류함이 없이 공급되면서 고밀도의 음이온과 소량의 오존이 발생되어 폐수(4) 중으로 용존되게 한다.
상기에서 고밀도 플라즈마 발생장치(34)는 폐수(4)의 상수면으로부터 다소 높게 설치하여 절연을 유지하도록 한다.
도 5는 상기 고밀도 플라즈마 발생장치(34)의 단면 구성도로, 걸림부(44)와 큰 직경의 통기공(46)을 갖는 하우징(48)을 케이스(12)에 끼워 고정하고, 하우징 (48)의 내부에 복수 개의 세라믹 절연링(50)(52)(54)(56)을 적층시킨 다음 덮개링 (60)으로 덮어 고정시키고, 하부 절연링(52)의 단턱부에 복수 개의 음극관(72)이 체결되는 음극판(62)을 끼워 설치하고, 또 다른 절연링(56)의 단턱부에 복수 개의 통기공(64)이 형성되고 또한 복수 개의 양극봉(74)이 체결되는 양극판(66)을 끼워 양극판(66)과 음극판(62)이 하우징(48)내에서 적당한 간격으로 절연이 유지되게 한다.
음극판(62)과 양극판(66)에는 고전압부(HV)가 연결된 급전선(68)(70)을 접속하고, 음극관(72)의 내부에는 음극관(72)의 내경보다 비교적 작은 외경의 양극봉 (74)을 결합하되 양극봉(74)과 음극관(72)이 서로 접촉하지 않도록 이격 설치하여 그 사이로 방전공간인 통기공(76)을 형성하고, 고전압부(HV)는 상용전원을 3,000V∼ 25,000V 전압과 수 μA에서 수 A의 전류로 승압한 다음 양극판(66)과 음극판 (62)으로 각각 공급시켜 코로나 방전에 의한 플라즈마(P)가 발생되도록 한다.
한편, 양극봉(74)의 끝 단부는 도 6과 같이 끝이 첨예하게 뽀족한 침상의 플라즈마 방전칩(78)을 형성하도록 하고, 방전칩(78)이 위치하는 음극관(72)의 하부에는 도 6, 도 7과 같이 복수 개의 방전홀(80)을 좁은 간격으로 빙둘러 형성하고, 음극관(72)의 하단부는 양극봉(74)보다 다소 하향 돌출시켜 가운데 부분에 위치하는 방전홀(80a)을 중심하여 상ㆍ하로 코로나 방전이 발생되게 함으로써 고밀도의 플라즈마(P)와 플라즈마의 작용에 의해 종래 방법보다 30% 이상 효율이 향상된 고밀도의(대량의) 음이온 및 소량의 오존(O3)을 얻을 수 있도록 한다.
방전홀(80)은 음극관(72)에 전체적으로 설치할 수 있으나 전하(電荷)의 집중이 분산되어 방전효율이 떨어질 수 있으므로 방전전하(放電電荷)가 집중 분포되는 방전칩(78)의 주변에 설치하도록 한다.
또한, 방전홀(80)의 방전부분(82)은 90°전후의 각도를 이루는 모서리 구조로 하여 방전전하가 집중 분포되게 함으로써 방전칩(78)의 작용에 의해 코로나 방전효율이 극대화되며 이에 따라 고밀도(高密度)의 플라즈마(P)가 발생되므로 공기가 고밀도로 음 이온화 및 오존화 되면서 배출된다.
상기에서 0.2기압 내지 5기압의 압송공기에 의해 강력한 코로나 방전과 폐수(4)의 폭기가 이루어지며, 끝 부분이 첨예하게 가공되는 방전칩(78)은 석출(용출) 및 마모에 의해 수명이 짧아질 수 있으므로 플라즈마 방전칩(78) 부분은 도전성 산화방지 물질로 형성하거나 또는 그 표면에 도포하여 산화피막을 형성함으로써 플라즈마 방전칩(78)의 수명을 연장시키도록 한다.
또한, 코로나 방전에 의해 방전열이 발생되더라도 도시안된 공기압 공급원에 의해 통기공(46)(64)(76)으로 다량의 공기가 공급되므로 양극봉(74)과 음극관(72)의 과열이 방지되며, 또한 통기공(76)을 흐르는 공기의 유속에 의해 음극관(72)의 내ㆍ외부간에 발생되는 기압차이에 의해 양극봉(74)의 외부에 위치하는 공기가 방전홀(80)을 통하여 통기공(76)의 내부로 유입되므로 양극봉(74)과 음극관(72)의 방열효과가 증진된다.
도 8은 고밀도 플라즈마 발생장치(34)에 사용되는 전극의 다른 실시 예로 도시한 분해 사시도로, 양극봉(74)의 길이방향과 원주방향 외면에 피라미드(사각뿔) 형상의 방전칩(84)을 조밀한 간격으로 빙둘러 형성하고 상기 방전칩(84)과 1:1로 대응하는 위치의 음극관(72)에 방전홀(86)을 각각 형성하여 코로나 방전이 전극의 전체부분으로 발생되게 한 것이다.
양극봉(74)ㆍ음극관(72)ㆍ양극판(66)ㆍ음극판(62) 및 방전칩(78)(84)의 재료는 몰리브덴ㆍ텅스텐ㆍ니켈ㆍ백금 또는 니켈ㆍ몰리브텐ㆍ구리 등과 같이 내열성과 내산성 및 도전성이 우수한 합금재료를 이용하도록 하고, 양극봉(74)과 음극관 (72)이 고정되는 양극판(66) 및 음극판(62) 또한 상기와 같이 내열성과 내산성 및 도전성이 우수한 합금재료로 형성하여 내열성, 내산성 및 도전성(導電性)이 우수하면서 열팽창 계수가 같아지도록 한다.
상기 고밀도 플라즈마 발생장치(34)는 처리용량이나 반응실(14)의 크기에 따라 도 9와 같이 1개 이상 복수 개로 설치할 수 있다.
한편, 고밀도 플라즈마 발생장치(34)는 체크밸브(40)에 의해 반응실(14)의 폐수 역류가 방지되지만 증발수 및 습기에 의해 양극봉(74)과 음극관(72)이 전기적으로 단락(short circuit)될 수 있으므로 도 10과 같은 류의 제습장치(88)를 설치하도록 한다.
즉, 양극봉(74)과 음극관(72)이 위치하는 부분의 케이스(12) 외면에 절연이 유지되는 전열히터(90)를 빙둘러 감고, 케이스(12)의 표면에 온도스위치(92)를 설치한 다음 도시안된 스위치에 의해 전원이 공급되는 전열히터(90)를 직렬로 연결하여 고밀도 플라즈마 발생장치(34)를 초기 동작시킬 때 고밀도 플라즈마 발생장치 (34)를 150℃~300℃로 가열시킬 수 있게 함으로써 양극봉(74)과 음극관(72) 사이로 침투하거나 침투한 증발수 및 습기를 제거시켜 고밀도 플라즈마 발생장치(34)의 전기적인 단락이나 고장을 방지하도록 하고, 전열히터(90)와 온도스위치(92)는 케이스(94)로 감싸 보호하도록 한다.
도 11은 본 고안 다른 실시 예의 단면도로, 반응실(14)의 내부에 원통형이나 다각형 구조의 격리조(96)를 설치하여 고밀도 플라즈마 발생장치(34)에 의해 발생되는 음이온 및 오존이 출구(24) 부분에서 폐수에 용존되게 함으로써 고밀도 플라즈마 발생장치(34)의 전기적인 단락을 효과적으로 방지할 수 있도 있으며 이때 초음파 밴드(32)는 격리조(96)의 외면에 설치함이 바람직하다.
본 고안에서 케이스(12)와 케이스(12), 케이스(12)와 고밀도 플라즈마 발생장치(34) 사이는 수밀 유지수단을 갖는 플렌지 구조로 체결시켜 수리나 이동 및 분해ㆍ조립이 쉽도록 하고, 반응실(14)과 보조 반응실(26)의 하부에 드레인 밸브(98) (100)를 설치하여 침전물이나 청소할 때 이용할 수 있도록 한다.
도 12는 본 고안 예비 분해조(58)의 다른 실시 예 사시도로, 슬러지 제거장치와 초음파 진동장치와 버브링 장치를 설치하여 폐수(4)를 정화 처리할 때 부유하는 슬러지나 거품 등을 경사 상태의 스크레이퍼(126)를 이용하여 쉽게 제거할 수 있도록 하고, 예비 분해조(58)의 내측벽에는 복수 개의 초음파 진동자(128)를 고정시켜 폐수(4)를 진동시킬 수 있도록 하고, 예비 분해조(58)의 바닥에는 버브링 장치(130)를 설치하여 폐수(4) 중으로 음이온과 오존이 공급되게 한 것이다.
슬러지 제거장치의 경우, 도 12와 같이 예비 분해조(58)의 상부 양측에 한 쌍의 체인기어(132)(134)(136)(138)를 축봉(140)(142)과 축 베어링(144)으로 축 설치한 다음 체인(146)(148)을 걸어 평행하도록 하고, 일측 축봉(142)의 단부에 감속모터(150)의 회전축봉을 연결시켜 체인(146)(148)이 연동 회전하도록 하고, 체인 (146)(148)의 안쪽면에는 연결봉(152)의 양단부가 고정되는 체인 어태치먼트(154) (156)를 고정시켜 체인(146)(148)을 따라 순환 회전하도록 하고, 연결봉(152)에는 도 13과 같이 가볍고 질기면서 내화학성 재질의 스크레이퍼(126)를 경사지게 고정시켜 예비 분해조(58)의 상수면(158)으로 부유하는 슬러지(160)이나 거품 등을 슬러지 저장조(162)로 이동시킬 수 있게 한 것이다.
상기에서 스크레이퍼(126)는 체인 어태치먼트(154)(156)에 고정시켜 하부 체인에 위치할 때에는 폐수(4) 중으로 들어가게 함으로써 체인을 따라 이동하면서 슬러지 및 거품을 슬러지 저장조(162)로 걷어내도록 하고, 상부 체인에 위치할 때에는 공중에 들려 이동하도록 함으로써 슬러지나 거품 등이 역방향으로 이동하지 않도록 한다.
버브링 장치(130)는, 양측면과 상부면으로 좁은 간격의 분사공(164)이 형성된 관체(166)를 예비 분해조(58)의 바닥에 설치하고 연결관체(168)의 단부에는 급기팬(170)과 오존발생장치(172)를 설치하여 산소와 오존이 폐수(4) 중으로 버블링되게 한 것이다.
도 14 및 도 15는 본 고안 다른 실시 예로 제시한 연속형 고밀도 플라즈마 폐수 처리장치(174)의 밀집 구성도로, 반응기(2)를 삭제하는 대신 도 12와 같이 감속모터(150)에 의해 회전하는 체인(146)(148)과, 체인(146)(148)을 따라 이동하는 스크레이퍼(126) 구조에 의해 슬러지가 제거되는 슬러지 제거장치가 설치되는 예비 분해조(58)와, 도 16과 같은 고밀도 플라즈마 발생장치(34)의 배기구(176)가 투입 설치되고 상ㆍ하 한 쌍의 초음파 밴드(178)(180)와 전해전원(182)이 인가되는 한 쌍 이상의 고주파 펄스 인가전극(188)(190)(192)(194)이 설치되는 1, 2차 분해조 (2)(2a)와, 응집제 자동 투입기(196)와 급기팬(198)을 갖는 버블링 장치(200)가 설치된 응집조(202)와, 산 또는 알칼리 투입조(204)와 배출관(208)을 갖는 pH 저장조 (210)를 단일구조의 셀(방)별로 구분하도록 하고, 예비 분해조(58)와 1, 2차 분해조(2)(2a)와 응집조(202)와 pH 저장조(210)는 절곡형 배수관(212)(214)(216)(218)을 이용하여 폐수(4)가 옆에 위치하는 셀로 이동되게 한 것으로 제작비를 줄이고, 최소공간을 점유할 수 있도록 한 것이다. 뿐만 아니라 이 장치는 연속적으로 폐수 처리가 가능한 연속형 고밀도 플라즈마 폐수 처리장치이므로 불연속적인 배지형 (badge type) 장치보다 폐수처리 효과가 매우 높고, 자동화가 가능한 장치이다.
1, 2차 분해조(2)(2a)는 셀의 하단부(바닥에서 약 300㎜~500㎜ 올라간 지점)와 셀 상단부(셀 상단부에서 아랫쪽으로 약 300㎜~500㎜ 내려간 지점)에 빙둘러 복수 개의 초음파 진동자와 보호 케이스로 구성되는 초음파 밴드(178)(180)를 2줄로 빙둘러 설치하고, 그 중앙에 탄소 또는 스텐레스 재질로 된 한 쌍 또는 여러 쌍의 고주파 펄스 인가전극(188)(190)(192)(194)을 설치한 다음 1㎑~100㎒의 고주파 펄스전원(182)를 인가시켜 전해하도록 한다.
또한, 본 고안자가 출원한 특허출원 제10-0188232호의 전기분해장치를 추가설치하면 색도가 높은 염색폐수나 제당폐수 정화처리에 특별한 효과가 있다.
그리고, 응집조(202)에서는 무기 응집제(황산 알미늄, 염화 제2철, PAC)와 유기 응집제(음이온 또는 양이온 유기 응집제)를 적당량 가하여 급기팬(198)을 이용하여 가압 부상시킨 다음 예비 분해조(58)와 같은 방법으로 스크레이퍼(126)에 의해 슬러지가 제거되는 슬러지 제거장치와 도시안된 슬러지 저장조를 설치하여 응집조(202)의 상수면(158)으로 부유하는 슬러지(160)이나 거품 등을 슬러지 저장조로 걷어낼 수 있도록 하고, 슬러지 제거장치 이외에도 급기팬(198)을 갖는 버브링 장치(200)를 설치하여 슬러지를 가압 부상시켜 스크레이퍼(126)로 쉽게 제거할 수 있도록 한다.
슬러지 제거장치의 경우, 도 12와 같이 예비 분해조(58)의 상부 양측에 한 쌍의 체인기어(132)(134)(136)(138)를 축봉(140)(142)과 축 베어링(144)으로 축 설치한 다음 체인(146)(148)을 걸어 평행하도록 하고, 일측 축봉(142)의 단부에 감속모터(150)의 회전축봉을 연결시켜 체인(146)(148)이 연동 회전하도록 하고, 체인 (146)(148)의 안쪽면에는 연결봉(152)의 양단부가 고정되는 체인 어태치먼트(154) (156)를 고정시켜 체인(146)(148)을 따라 순환 회전하도록 하고, 연결봉(152)에는 도 13과 같이 가볍고 질기면서 내화학성 재질의 스크레이퍼(126)를 경사지게 고정시켜 예비 분해조(58)의 상수면(158)으로 부유하는 슬러지(160)나 거품 등을 슬러지 저장조(162)로 이동시킬 수 있게 한 것이다.
상기에서 스크레이퍼(126)는 체인 어태치먼트(154)(156)에 고정시켜 하부 체인에 위치할 때에는 폐수(4) 중으로 들어가게 함으로써 체인을 따라 이동하면서 슬러지 및 거품을 슬러지 저장조(162)로 걷어내도록 하고, 상부 체인에 위치할 때에는 공중에 들려 이동하도록 함으로써 부유하는 슬러지나 거품 등이 역방향으로 이동하지 않도록 한다.
버브링 장치(200)는, 양측면과 상부면으로 좁은 간격의 분사공이 형성된 관체를 응집조(202)의 바닥에 설치하고 연결관체의 단부에는 급기팬(198)을 설치하여 공기를 폐수(4) 중으로 버블링시켜 가압 부상하는 슬러지를 스크레이퍼(126)로 제거하도록 한다.
또한, pH 저장조(210)에서는 산(HCℓ, H2SO4), 알칼리(NaOH 가성소다)를 사용하여 pH를 7~8로 조정한다. 이렇게 처리한 처리수는 배출관(208)을 통하여 미생물 반응조로 이송시켜 연계 처리한 다음 방류하면 된다.
본 고안에서 예비 분해조(58)와, 1, 2차 분해조(2)(2a)와, 응집조(202)와, pH 조정조(210)의 하부에는 도 14와 같이 드레인 밸브(206)를 각각 설치하여 이들의 바닥에 침전된 침전물이나 청소가 필요할 때 폐수(4)를 퇴수시킬 수 있도록 한 것이다.
본 고안에서 예비 분해조(58)와 응집조(202)에는 스크레이퍼(126)를 갖는 슬러지 제거장치가 설치되어 있다. 따라서, 스크레이퍼(126)를 이용하여 슬러지나 거품등을 효과적으로 걷어내기 위해서는 수위조절이 정확해야 한다.
그러므로 예비 분해조(58)와 응집조(202)의 절곡형 배수관(212)(218)에 도 17과 같은 구성의 수위조절장치(220)를 설치하여 예비 분해조(58)와 응집조(202)의 수위를 슬러지의 상태 및 높이 등에 따라 정확히 조절할 수 있게 한다.
상기 수위조절장치(220)는 도 17과 같이 예비 분해조(58)와 응집조(202)의 출구(222)에 상부로 개방된 드레인관(224)이 상승 돌출되고, 드레인관(224)의 외부에는 드레인관(224)보다 많이 상승되는 집수관체(226)가 설치되며, 상부로 개방된 집수관체(226)의 일측 하부에 1차 분해조(2)와, pH 저장조(210)에 담기는 출수관 (212)(218)이 연결된다.
드레인관(224)의 내부에는 한 개 이상의 오링(228)과 수위 조절관(230)이 승강할 수 있게 헐겁게 끼워져 설치되며, 드레인관(224)과 수위 조절관(230) 사이에 위치하는 오링(228)은 수밀을 유지하게 된다.
수위 조절관(230)의 상부에는 3개 전후의 지지봉(232)이 고정되고, 지지봉 (232)의 상부면에 핸들(234)을 갖는 나사봉(236)이 고정되고, 상기 나사봉(236)은 집수관체(226) 또는 여타의 고정수단에 연결봉(238)고정되는 너트(240)에 나사 결합되며, 따라서 핸들(234)의 회전 방향에 따라 수위 조절관(230)의 상승 또는 하강이 달성되므로 슬러지 제거장치가 설치된 예비 분해조(58)와 응집조(202)의 수위를 정밀하게 조정할 수 있다.
도 18은 본 고안 초음파 결합 고밀도 플라즈마 폐수 처리장치의 폐수처리 흐름도이다. 여기서 예비 분해조(58)는 오존 발생기, 초음파 발생기와 스크레이퍼 (scraper)(126)가 부착되어 있다.
상기 예비 분해조(58)는 앞서 언급한 바와 같이 초음파와 고주파 펄스에 의하여 폐수 중에 용해되어 있는 유기화합물, 중금속 착이온과 오존분자들이 수화층을 벗게되고, 동시에 높은 에너지 상태로 활성화되므로 오존에 의한 유기분자와 착이온 산화 분해되는 효과가 크므로 쓰레기 매립장 침출수와 고농도 축산폐수 등의 COD, BOD, SS, T-N, T-P 저감율이 우수하고, 탈색과 탈취 효과가 매우 높다.
그리고 스크레이퍼(126)로 슬러지를 걷어내므로 앞의 분자 분해 잔유물이 응집하여 발생되는 SS의 저감율도 큰 편이다. 1차 분해조는 음이온 발생기와 초음파 발생기와 고주파 펄스장치가 부착되어 있으므로 예비 분해조와 같은 효과를 나타내고 있으나 라디컬을 포함한 음이온이 폐수중의 유기물과 착이온을 공격하여 산화 분해시키는 점만 다를 뿐이다.
1차 분해조에서 생성되는 슬러지는 예비 분해조와는 달리 황산 알미늄, 염화 제2철, PAC와 같은 무기 응집제 또는 이온성 유기 응집제 등으로 응집 침전시키거나 가압 부상시킨다. 2차 분해조는 1차 예비 분해조에 고주파 펄스 인가장치를 추가한 구조를 하고 있다. 따라서, 그 기능도 1차 분해조와 동일 하나 다만 같은 분해과정을 한번 더 반복하여 폐수 처리효율을 증가시키는데 그 목적이 있다.
1차 분해조와 2차 분해조를 거치는 동안 고농도 침출수나 축산폐수 중에 포함된 미생물에 극히 유해한 페놀과 그 유도체, 중금속 이온 등은 70%~90% 이상 제거되므로 염산과 가성소다 등의 산, 알카리를 투입하는 PH 조정조에서 pH를 7~8로 맞춘 다음 고 다공성 메디아에 미생물을 고밀도로 착생시킨 고밀도 미생물 반응조를 거치면 95% 이상의 정화 효과를 나타내게 된다.
이 고밀도 미생물 반응조를 거친 처리수에 1차 침전조에서 사용하는 약품들을 투입하여 침전 후 활성탄 흡착조에서 SS를 흡착 처리하고 다음 단계로 중공사막 필터나 RO(역삼투) 극미세 여과를 거치면 폐수처리의 궁극적인 목적인 폐수를 처리하여 재사용할 수 있으며, 오로지 증발이나 손실되는 양의 물만 보충하고 폐수 처리수를 전혀 방류하지 않는 소위 무방류 폐수처리가 가능하게 된다.
도 19는 도 18의 흐름도 과정에서 2차 예비 분해조를 생략하고 고밀도 미생물 반응조를 일반 미생물 반응조로 대체한 것으로, 활성탄 흡착조를 거친 처리수를 방류시키도록 한다. 이 경우 방류수의 수질은 매우 양호하며 무색, 무취 및 탈질(탈 질소)과 탈인도 95% 이상인 방류수가 된다.
본 고안은 도 18와 도 19에서 고밀도 미생물 처리와 일반 미생물 처리의 전처리에서 현재까지 가장 효과가 뛰어난 물리 화학적 폐수처리장치의 시험결과는 다음 표 1과 같다.
표 1 매립장 침출수 파일롯트 시험 결과표
(단위 : ㎎/ℓ)
구 분 C O D B O D S S 총질소(T-N) 총-인(T-P)
원 수 1,928.0 2,470.5 4,782.0 1,397.0 99.7
예비분해처리수 626.3 1,232.8 205.6 1,085.5 4.7
제 거 율 (%) 67.5 50.1 95.7 22.3 95.3
1차분해처리수 217.8 338.5 138.7 765.6 1.5
제 거 율(%) 88.7 86.3 97.1 45.2 98.5
2차분해처리수 15.4 69.2 62.2 370.2 0.7
제 거 율 (%) 99.2 97.2 98.7 73.5 99.3
상기 표 1에서 보는 바와 같이 COD=1,927.0ppm, BOD=2,470.5ppm, SS=4,782.0ppm, T-N=1,397.0ppm, T-P=99.7ppm인 원수의 침출수 예비 분해처리수의 제거율은 COD=67.5%, BOD=50.1%, SS=95.7%, T-N=22.3%, T-P=95.3%이다.
그러나 1차 분해처리수는 T-N의 제거율이 45.2%를 제외한 나머지 수 처리항목의 데이터는 86.3%에서 98.5%에 이른다. 그런데 2차 분해처리수의 제거율은 T-N=73.5%를 제외하고 모든 수 처리 항목의 데이터는 97%를 상회하고 있다.
T-N=73.5%는 현재까지 실행되고 있는 모든 폐수처리 가운데서 가장 제거율이 높은 수치이다. 여기서 우리는 초음파와 펄스파 결합 고밀도 플라즈마 폐수처리 방법의 장점과 우수성을 입증하게 된다. 뿐만 아니라 이 장치는 운전이 매우 간단하고, 계절에 따른 온도의 영향도 받지 않는 장점도 지니고 있다.
한편, 고밀도 플라즈마 발생장치(34)로부터 발생 공급되는 라디칼과 전자를 포함하는 음이온 및 오존을 폐수 속으로 버브링시키면서 20,000Hz~40,000Hz의 초음파를 이용하여 폐수(4)를 준 분자수준으로 마이크로 믹싱(micro mixing)하고 고주파 펄스에 의하여 폐수 중에 용해하여 수화되어 있는 극성 유기분자나 중금속 착이온(complex ion)들과 라디컬, 전자, 음이온들이 수화된 물층(hydration seath)을 벗어나게 된다.
따라서, 마치 공기 중에서 휘발성 유기물(VOC)이 음이온에 의하여 순식간에 산화 분해되는 것과 같이 물 속에서 유기물이나 착이온 들이 신속하게 산화 분해하게 된다. 이와 같은 사실은 높은 진동수를 가진 초음파와 고주파 펄스가 앞에서 언급한 바와 같은 수화층 파괴로 인하여 수중에서 유사기상반응(gas like reaction)을 일으키게 하고 동시에 물 속의 유기물, 착이온, 음이온 및 전자들을 더욱 높은 에너지 상태로 활성화시키기 때문에 가능하게 된다.
그리고 이와 같은 조건에서 양극과 음극 양쪽 전극을 모두 비활성 탄소전극이나 스텐레스 전극으로 하고 일정한 시간으로 극성을 바꾸면서 전기분해를 하면 본 고안자가 기 발명한 '산업폐수 연속 전해정화 처리방법 및 그 장치(특허 제10-0188232호)' 보다 매우 신속하게 폐수를 정화 처리할 수 있다.
이때, 극성을 교대로 변경하는 것은 수중에 분산된 슬러지중 양극으로 달라붙은 슬러지를 제거시킴으로써 양극에서 발생되는 과전압을 방지하고 전해 정화처리효율은 상승시키기 위함이다.
이와 같은 폐수처리는 COD, BOD, SS의 제거는 물론 탈질, 탈인, 탈색 및 탈취에 특별한 효과를 나타내게 되므로 폐수의 고도정화 처리에 가장 적합하고 경제적인 방법이다.
본 고안에서 고도 정화처리하고자 하는 경우 여러 개의 폐수처리장치를 직렬로 연결하면 되며, 처리용량을 늘리고자 하는 경우 폐수처리장치를 병렬로 연결하면 될 것이다.
또한, 폐수(4)를 연속적으로 처리하고자 하는 경우 A, B 2개의 폐수처리장치를 병렬로 연결한 다음, A 폐수 처리장치를 가동하는 경우 B 폐수처리장치는 처리된 폐수(4)를 방류시키고, 반대로 B 폐수처리장치가 가동하는 경우 A 폐수처리장치가 처리된 폐수(4)를 방류시키는 방법으로 교대로 가동시키면 폐수(4)를 연속적으로 처리할 수 있으므로 폐수(4) 정화처리 능력을 배가시킬 수 있다.
이상과 같이 본 고안은 쓰레기 매립장 침출수, 염색폐수, 피혁폐수, 석유화학폐수, 제지폐수와 같은 산업폐수와 축산폐수 및 생활폐수와 같은 각종 폐수 중으로 라디칼과 전자를 포함하는 음이온과 오존을 버브링시키면서 20,000Hz~40,000Hz의 초음파와 고주파 펄스로 극렬하게 진동시켜 준 분자수준으로 마이크로 믹싱(micro mixing)시킴으로써 폐수 중에 용해하여 수화되어 있는 유기물이나 중금속 착이온(complexion)들과 라디컬, 전자, 음이온들은 수화된 물층(hydration seath)을 벗어나게 되므로 마치 공기 중에서 휘발성 유기물(VOC)이 음이온에 의하여 순식간에 산화 분해되는 것과 같이 물 속에서 유기물이나 착이온 들을 신속하게 산화ㆍ분해시켜 깨끗이 정화되는 효과가 있어서 배출 폐수로 야기되는 각종 환경오염을 현격히 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (19)

  1. (삭제)
  2. 양측으로 밸브를 갖는 폐수 급수관(8)과 밸브를 갖는 폐수 출수관(10)이 설치되는 폐수 담수용 분해조(2)와, 분해조(2)의 폐수(4)를 정화 처리하는 반응기(6)로 구성하고, 상기 반응기(6)는 폐수(4)를 정화 처리하는 반응실(14)과, 폐수(4)를 분해조(2)와 반응실로 순환시키는 순환장치와, 폐수(4)를 초음파로 진동시키는 초음파 진동장치와, 음이온 및 오존을 폐수(4) 중으로 용존시켜 정화 처리하는 고밀도 플라즈마 발생장치로 구성하고, 반응실(14)의 내부에 고주파 펄스전원(102)이 공급되는 한 쌍 이상의 고주파 펄스 인가전극(104)(106)을 설치함을 특징으로 하는 초음파와 고주파 펄스 결합 고밀도 플라즈마 폐수 처리장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 유입관(16)과 유출관(18)은 합성수지로 형성하여 음이온과 오존의 파괴나 수명단축을 방지하고, 유입관(16)에는 필터(20)와 펌프(22)를 설치하여 분해조(2)의 폐수(4)가 여과된 다음 펌프(22)에 의해 반응실(14)로 유입되어 정화 처리면서 순환하도록 하고, 반응실(12)의 입구 부분에 복수 개의 경사판 (22)을 고정시켜 유입되는 폐수(4)가 와류되게 함을 특징으로 하는 초음파와 고주파 펄스 결합 고밀도 플라즈마 폐수 처리장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 반응기(6)의 출구(24)와 출수관(16) 사이에 반응실(12)보다 작은 크기의 보조 반응실(26)을 형성하여 반응실(14)에서 정화 처리된 폐수(4)가 보조 반응실(26)에서 정체되면서 충분히 정화될 수 있도록 함을 특징으로 하는 초음파와 고주파 펄스 결합 고밀도 플라즈마 폐수 처리장치.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 반응기(6) 케이스(12)의 단면은 다각형 구조로 형성하고, 다각형 케이스 외면마다 복수 개의 초음파 진동자(28)를 고정한 다음 보호케이스(30)를 덮어씌운 초음파 밴드(32)를 구성하여 반응실(14)의 중심점 (O)으로 초음파가 집중되게 함을 특징으로 하는 초음파와 고주파 펄스 결합 고밀도 플라즈마 폐수 처리장치.
  6. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 반응기(6)의 케이스(12) 상부에 설치하는 고밀도 플라즈마 발생장치(34)의 급기관(36)에 공기의 역류를 방지하는 체크밸브 (40)와, 불순물 유입을 방지하는 집진필터(42)를 설치하여 다량의 음이온과 소량의 오존이 폐수(4) 중으로 용존되게 함을 특징으로 하는 초음파와 고주파 펄스 결합 고밀도 플라즈마 폐수 처리장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 걸림부(44)와 큰 직경의 통기공(46)을 갖는 하우징(48)을 케이스(12)에 끼워 고정하고, 하우징(48)의 내부에 복수 개의 세라믹 절연링 (50)(52)(54)(56)을 적층시킨 다음 덮개링(60)으로 덮어 고정하고, 하부 절연링 (52)의 단턱부에 복수 개의 음극관(72)이 체결되는 음극판(62)을 끼워 설치하고, 또 다른 절연링(56)의 단턱부에 복수 개의 통기공(64)이 형성되고 복수 개의 양극봉(74)이 체결되는 양극판(66)을 끼워 설치하고, 음극판(62)과 양극판(66)에는 고전압부(HV)가 연결된 급전선(68)(70)을 접속하고, 음극관(72)의 내부에는 음극관 (72)의 내경보다 비교적 작은 외경을 갖는 양극봉(74)을 끼워 통기공(76)을 형성하고, 양극봉(74)의 끝 단부에 침상의 플라즈마 방전칩(78)을 형성하고, 방전칩(78)이 위치하는 음극관(72)의 하부에 복수 개의 방전홀(80)을 좁은 간격으로 빙둘러 형성함을 특징으로 하는 초음파와 고주파 펄스 결합 고밀도 플라즈마 폐수 처리장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 양극봉(74)의 외면에 피라미드(사각뿔) 형상의 방전칩 (84)을 조밀한 간격으로 길이방향과 원주방향으로 빙둘러 형성하고, 상기 방전칩 (84)과 1:1로 대응하는 위치의 음극관(72)에 방전홀(86)을 각각 형성하여 코로나 방전이 전면적으로 발생하도록 함을 특징으로 하는 초음파와 고주파 펄스 결합 고밀도 플라즈마 폐수 처리장치.
  9. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 고밀도 플라즈마 발생장치(34)의 외면에 전열히터(90)에 의한 제습장치(88)를 설치함을 특징으로 하는 초음파와 고주파 펄스 결합 고밀도 플라즈마 폐수 처리장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 양극봉(74)과 음극관(72)이 위치하는 부분의 케이스(12) 외면에 절연이 유지되는 전열히터(90)를 빙둘러 감고, 케이스(12)의 표면에 온도스위치(92)를 설치한 다음 전열히터(90)를 직렬 연결하여 고밀도 플라즈마 발생장치 (34)를 초기 동작시킬 때 150℃~300℃로 가열시켜 제습할 수 있도록 함을 특징으로 하는 초음파와 고주파 펄스 결합 고밀도 플라즈마 폐수 처리장치.
  11. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 케이스(12)의 통공 외면에 너트(110)를 수밀 유지되게 용접하고, 너트(110)에 오링(112)이 끼워지고 플렌지부(114)가 형성된 절연너트 (116)를 체결시켜 너트(110)와 절연너트(116) 사이에 수밀이 유지되도록 하고, 절연너트(116)의 내부 통공에 고주파 펄스 인가전극(104)(106)이 체결되고 오링(118)이 끼워진 나사봉(120)을 끼우고, 나사봉(120)의 외면에 급전와셔(122)를 끼운 다음 너트(124)로 체결시켜 고주파 펄스 인가전극(104)(106)의 수밀이 유지되게 고정하고, 케이스 (12)와 고주파 펄스 인가전극(104)(106) 사이에 절연거리를 유지하여 불요성 방전을 방지하도록 함을 특징으로 하는
  12. 제 11 항에 있어서, 전기분해장치를 부가 설치하여 색도가 높은 염색폐수와 제당폐수를 효과적으로 제거하도록 함을 특징으로 하는 초음파와 고주파 펄스 결합 고밀도 플라즈마 폐수 처리장치.
  13. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 분해조(2)에 슬러지 제거장치와 초음파 진동장치와 버브링 장치를 설치하여 폐수(4)를 정화 처리할 때 부유하는 슬러지나 거품등을 이동식 스크레이퍼(126)로 제거하고, 분해조(2)의 내측벽에 복수 개의 초음파 진동자(128)를 고정시켜 폐수(4)를 진동시키고, 분해조(2)의 바닥에 버브링 장치 (130)를 설치함을 특징으로 하는 초음파와 고주파 펄스 결합 고밀도 플라즈마 폐수 처리장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 슬러지 제거장치는 분해조(2)의 상부 양측에 한 쌍의 체인기어(132)(134)(136)(138)를 축봉(140)(142)으로 축 설치한 다음 체인(146) (148)을 걸어 평행하도록 하고, 일측 축봉(142) 단부에 감속모터(150)의 회전축봉을 연결시켜 체인(146)(148)이 연동 회전하도록 하고, 체인(146)(148)의 안쪽면에 연결봉(152)의 양단부가 고정되는 체인 어태치먼트(154)(156)를 고정하고, 연결봉 (152)에 스크레이퍼(126)를 경사지게 고정시켜 분해조(2)의 상수면(158)으로 부유하는 슬러지(160)나 거품을 슬러지 저장조(162)로 이동시킬 수 있게 함을 특징으로 하는 초음파와 고주파 펄스 결합 고밀도 플라즈마 폐수 처리장치.
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